JP4991901B2 - 磁気抵抗効果素子及び磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の構成を示す図である。
図2は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第1の変形例を示す図である。
図3は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第2の変形例を示す図である。
図4は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第3の変形例を示す図である。
図5は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第4の変形例を示す図である。
図6は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第5の変形例を示す図である。
図7は、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の第6の変形例を示す図である。
第1の実施形態及び変形例1〜6に係る磁気抵抗効果素子10を作製して、下電極11と上電極20間で垂直通電を行うことで磁気抵抗効果素子10のRA値、及び磁気抵抗効果素子10のMR変化率を評価した。
第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子10を作製して、RA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図1に示すようにトンネル絶縁スペーサ層16とフリー層18との間に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[1nm]/(Fe50Co50)80B20[2nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
フリー層18:Fe50Co50[0.5nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.1Ωμm2、MR変化率は63%であった。
変形例1に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図2に示すようにフリー層18内に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[1nm]/(Fe50Co50)80B20[2nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18A:(Fe50Co50)80B20[0.5nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
フリー層18B:/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.2Ωμm2、MR変化率は59%であった。
変形例2に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図3に示すようにキャップ層19とフリー層18との間に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[1nm]/(Fe50Co50)80B20[2nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[1nm]/Ni85Fe15[3nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.2Ωμm2、MR変化率は54%であった。
変形例3に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図4に示すようにトンネル絶縁スペーサ層16と上部ピン層143との間に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[0.5nm]/(Fe50Co50)80B20[1nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[1nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.1Ωμm2、MR変化率は65%であった。
変形例4に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図5に示すように上部ピン層143内に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[0.5nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
ピン層143B:(Fe50Co50)80B20[1nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[2nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.1Ωμm2、MR変化率は60%であった。
変形例5に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図6に示すように、上部ピン層143と磁気結合層142との間に機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
ピン層143B:(Fe50Co50)80B20[1.5nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[2nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.2Ωμm2、MR変化率は54%であった。
変形例6に係る磁気抵抗効果素子10を作製してRA値及びMR変化率を評価した。すなわち、図7に示すように、フリー層18とトンネル絶縁スペーサ層16との間に機能層22を設け、トンネル絶縁スペーサ層16と上部ピン層143との間にも機能層21を設けた構造を作製した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[0.5nm]/(Fe50Co50)80B20[1nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
機能層22:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[0.5nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本実施例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.2Ωμm2、MR変化率は68%であった。
機能層を用いていない磁気抵抗効果素子を作製してRA値及びMR変化率を評価した。
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[1nm]/(Fe50Co50)80B20[2nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[2nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
本比較例に係る磁気抵抗効果素子10のRAは1.1Ωμm2、MR変化率は51%であった。
機能層21の抵抗と、磁気抵抗効果素子10のMR変化率との間の関係を調べた。具体的には、機能層21のみのシート抵抗を測定し、この機能層21と同様に作製した機能層21を含む磁気抵抗効果素子10のMR変化率を測定し、これらの測定結果から、機能層21の抵抗が磁気抵抗効果素子10のMR変化率に与える影響を評価した。
下地層12:Ta[1nm]/Ru[2nm]
ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
ピン層14:Co75Fe25[2.5nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[1nm]/(Fe50Co50)80B20[2nm]
トンネル絶縁スペーサ層16:MgO[1.5nm]
機能層21:Zn−Fe50Co50−O[1.8nm]
フリー層18:(Fe50Co50)80B20[1nm]/Ni85Fe15[3nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
ここで、機能層21は、上記の単独で作製した機能層21と同様に作製した。すなわち、FeCo[1nm]/Zn[0.6nm]をIAOで処理するサイクルを30回行った。このとき、酸素曝露量を、3.0×104Langmiur(比較例3)、1.2×104Langmiur(実施例8)、1.5×104Langmiur(実施例9)または1.8×104Langmiur(実施例10)として4種の磁気抵抗効果素子10を作製した。
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子10を用いた磁気ヘッドについて説明する。
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効素子10を用いた磁気記録再生装置および磁気ヘッドアセンブリについて説明する。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
キャップ層と、
磁化固着層と、
前記キャップ層と前記磁化固着層との間に設けられた磁化自由層と、
前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられたトンネル絶縁スペーサ層と、
前記磁化固着層中、前記磁化固着層と前記トンネル絶縁スペーサ層との間、前記トンネル絶縁スペーサ層と前記磁化自由層との間、前記磁化自由層中、及び前記磁化自由層と前記キャップ層との間の何れかに設けられ、Zn、In、Sn、及びCdから選択される少なくとも1つの元素、並びにFe、Co、及びNiから選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を有する機能層と、
を備えた積層体と、
前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
[2]
前記機能層の抵抗率が5×10 4 μΩcm未満であることを特徴とする[1]に記載の磁気抵抗効果素子。
[3]
前記機能層の膜厚が1nm以上10nm以下であるとこを特徴とする[1]に記載の磁気抵抗効果素子。
[4]
前記機能層がさらにAl、B、Ga、In、C、Si、Ge、及びSnから選択される少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする[1]に記載の磁気抵抗効果素子。
[5]
前記トンネル絶縁スペーサ層はMg、Al、Ti、Zr、Hf及びZnから選択される少なくとも1つの元素を含む非磁性酸化物であることを特徴とする[1]に記載の磁気抵抗効果素子。
[6]
磁気記録媒体と、
[1]に記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
Claims (11)
- トンネル絶縁スペーサ層と、
Zn、Sn、及びCdから選択される少なくとも1つの元素と、Fe、Co、及びNiから選択される少なくとも1つの元素とを含む酸化物を有し、抵抗率が5×10 4 μΩcm未満である機能層と、
を備えた積層体を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記機能層の膜厚が1nm以上10nm以下であるとこを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記機能層がさらにAl、B、Ga、In、C、Si、Ge、及びSnから選択される少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記トンネル絶縁スペーサ層はMg、Al、Ti、Zr、Hf及びZnから選択される少なくとも1つの元素を含む非磁性酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記積層体が、
キャップ層と、
第1の磁化固着層および第2の磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記第2の磁化固着層、前記機能層、前記第1の磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記機能層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記機能層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
第1の磁化自由層および第2の磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記第2の磁化自由層、前記機能層、前記第1の磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層、前記機能層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極をさらに含む請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁気記録媒体と、
請求項1に記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
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